Ход исследований тонкопленочного электрооптического модулятора на основе ниобата лития

Прогресс исследованиятонкопленочный электрооптический модулятор на основе ниобата лития

Электрооптический модулятор является основным устройством оптической системы связи и микроволновой фотонной системы. Он регулирует свет, распространяющийся в свободном пространстве или оптическом волноводе, изменяя показатель преломления материала, вызванный приложенным электрическим полем. Традиционный ниобат литияэлектрооптический модуляториспользует объемный материал ниобата лития в качестве электрооптического материала. Монокристаллический материал ниобата лития локально легируется для формирования волновода посредством диффузии титана или процесса протонного обмена. Разница показателей преломления между сердцевинным слоем и слоем оболочки очень мала, и волновод имеет плохую способность связывания со световым полем. Общая длина упакованного электрооптического модулятора обычно составляет 5~10 см.

Технология ниобата лития на изоляторе (LNOI) обеспечивает эффективный способ решения проблемы большого размера электрооптического модулятора на основе ниобата лития. Разница показателей преломления между сердцевинным слоем волновода и слоем оболочки составляет до 0,7, что значительно повышает способность связывания оптических мод и эффект электрооптического регулирования волновода, и стало горячей точкой исследований в области электрооптических модуляторов.

Благодаря прогрессу в области микрообработки, разработка электрооптических модуляторов на основе платформы LNOI достигла быстрого прогресса, демонстрируя тенденцию к более компактным размерам и постоянному улучшению производительности. Согласно используемой волноводной структуре, типичные тонкопленочные электрооптические модуляторы из ниобата лития представляют собой электрооптические модуляторы с прямым травлением волновода, нагруженные гибридныеволноводные модуляторыи гибридные кремниевые интегрированные волноводные электрооптические модуляторы.

В настоящее время усовершенствование процесса сухого травления значительно снижает потери тонкопленочного волновода из ниобата лития, метод загрузки гребня решает проблему высокой сложности процесса травления и реализовал электрооптический модулятор из ниобата лития с напряжением менее 1 В полуволны, а сочетание со зрелой технологией SOI соответствует тенденции гибридной интеграции фотонов и электронов. Технология тонкопленочного ниобата лития имеет преимущества в реализации малопотерьного, малого размера и большой полосы пропускания интегрированного электрооптического модулятора на чипе. Теоретически прогнозируется, что 3-миллиметровый тонкопленочный ниобат лития push-pullM⁃Z модуляторыЭлектрооптическая полоса пропускания 3 дБ может достигать 400 ГГц, а полоса пропускания экспериментально изготовленного тонкопленочного модулятора на основе ниобата лития, как сообщается, составляет чуть более 100 ГГц, что все еще далеко от теоретического верхнего предела. Улучшение, достигаемое за счет оптимизации основных структурных параметров, ограничено. В будущем, с точки зрения исследования новых механизмов и структур, таких как проектирование стандартного копланарного волноводного электрода в качестве сегментированного микроволнового электрода, производительность модулятора может быть дополнительно улучшена.

Кроме того, реализация интегральной упаковки микросхемы модулятора и гетерогенной интеграции на кристалле с лазерами, детекторами и другими устройствами является как возможностью, так и вызовом для будущего развития тонкопленочных модуляторов на основе ниобата лития. Тонкопленочный электрооптический модулятор на основе ниобата лития будет играть более важную роль в микроволновом фотоне, оптической связи и других областях.